CN210990151U - 一种内窥镜荧光成像照明系统 - Google Patents

Abstract

一种内窥镜荧光成像照明系统，包括第一光源、第二光源、二向色镜、第一准直镜、第二准直镜、扩束镜、扩散片和聚焦镜。由于在第二光源和二向色镜之间安装有扩散片，扩散片具有扩散激光的作用，扩散片能够降低激光的相干性，使得光斑分布均匀，从而提高了激光路照明的均匀性；另外，由于将发射可见光的第一光源和发射激光的第二光源合并在一起，照明时仅操作一个照明设备即可，操作简单，并且可见光和激光合二为一具有更好照明效果。

Description

一种内窥镜荧光成像照明系统

技术领域

本实用新型涉及医疗照明系统，具体涉及一种内窥镜荧光成像照明系统。

背景技术

随着科技和医疗技术的发展，腹腔镜微创手术已经得到普及。在内窥镜手术中，对于关键组织的示踪能够提高手术的成功率，红外成像能够示踪较深层组织的胆囊及淋巴结结构，有利于常规切除手术或是肿瘤手术中形态学的辨识，起到精准定位的作用。

目前内窥镜手术中常用的红外成像多采用静脉注射血管造影剂(ICG)，造影剂与血浆蛋白和球蛋白结合，正常组织中会很快从血流中被清除，由肝脏代谢，排泄于胆汁，以原形排出体外。因此在胆囊、肝总管或是体内淋巴结等区域会有短期的染料蓄积，有利于在术中进行组织结构辨认。其次由于造影剂为红外激发染料，而激光的穿透深度较深，因此便于深层组织结构的判定，同时避免在术中对关键组织的伤害。此外，在肿瘤手术中造影剂能够由肿瘤组织循环通过淋巴循环沉积于和肿瘤组织连接的前哨淋巴结，做到精确的前哨淋巴结定位，免去大面积淋巴结清扫对患者的伤害。

为支持荧光成像，需要提供白光的常规照明和特定波长的窄带激发激光照明，但目前已有的相关光源主要存在以下缺点：(1)采用分离式双系统照明，操作复杂，而且无法满足图像双实时效果；(2)激光由于其超强的相干特性，照明过程中易出现散斑特性，影响激光路照明均匀性。

发明内容

本申请提供一种操作简单、照明均匀性好的内窥镜荧光成像照明系统。

一种实施例中提供一种内窥镜荧光成像照明系统，包括：

第一光源，所述第一光源用于发射可见光；

第二光源，所述第二光源用于发射激光，所述第二光源的出射光路与所述第一光源的出射光路相互交叉；

二向色镜，所述二向色镜安装在所述第一光源的出射光路和第二光源的出射光路的交叉处，所述二向色镜用于透射可见光和反射激光，所述二向色镜透射出的可见光和反射出的激光合成为复合光；

第一准直镜，所述第一准直镜安装在所述第一光源和二向色镜之间的光路上，所述第一准直镜用于准直可见光；

第二准直镜，所述第二准直镜安装在所述第二光源和二向色镜之间的光路上，所述第二准直镜用于准直激光；

扩束镜，所述扩束镜安装在所述第二光源和第二准直镜之间的光路上，所述扩束镜用于扩散激光；

扩散片，所述扩散片安装在所述第二光源和二向色镜之间的光路上，所述扩散片用于散射激光；

以及聚焦镜，所述聚焦镜安装在所述二向色镜出射复合光的光路上，所述聚焦镜用于汇聚复合光。

一种实施例中，还包括匀光棒，所述匀光棒安装在所述聚焦镜出射复合光的光路上，并且所述匀光棒的入射端位于所述聚焦镜的后焦平面上，所述匀光棒用于均化复合光。

一种实施例中，还包括导光束，所述导光束的入射端与所述匀光棒的出射端连接。

一种实施例中，所述扩散片安装在所述扩束镜的入射面或出射面上。

一种实施例中，所述扩散片为毛玻璃、散射片或匀光片。

一种实施例中，所述第一准直镜为双凸非球透镜。

一种实施例中，所述第一准直镜的数值孔径的范围为0.5-0.85。

一种实施例中，所述第二准直镜为平凸透镜。

一种实施例中，所述聚焦镜为非球面平凸透镜。

一种实施例中，所述聚焦镜的数值孔径的范围为0.5-0.7。

一种实施例中，所述扩束镜为平凹负透镜。

一种实施例中，所述扩束镜的焦距与孔径比例小于等于1.3。

一种实施例中，所述第一光源为LED光源，所述第二光源为785nm或808nm波长的激光光源。

一种实施例中，提供了一种内窥镜荧光成像照明系统，包括：

第一光源，所述第一光源用于发射可见光；

第二光源，所述第二光源用于发射激光，所述第二光源的出射光路与所述第一光源的出射光路相互交叉；

二向色镜，所述二向色镜安装在所述第一光源的出射光路和第二光源的出射光路的交叉处，所述二向色镜用于透射可见光和反射激光，并出射由可见光和激光合成的复合光；

第一准直镜，所述第一准直镜安装在所述第一光源和二向色镜之间的光路上，所述第一准直镜用于准直可见光；

第二准直镜，所述第二准直镜安装在所述第二光源和二向色镜之间的光路上，所述第二准直镜用于准直激光；

扩束镜，所述扩束镜安装在所述第二光源和第二准直镜之间的光路上，所述扩束镜用于扩散激光；所述扩束镜的入射面或出射面为散射面，或者所述第二准直镜的入射面或出射面为散射面；

以及聚焦镜，所述聚焦镜安装在所述二向色镜出射复合光的光路上，所述聚焦镜用于汇聚复合光。

依据上述实施例的内窥镜荧光成像照明系统，由于在第二光源和二向色镜之间安装有扩散片，扩散片具有扩散激光的作用，扩散片能够降低激光的相干性，使得光斑分布均匀，从而提高了激光路照明的均匀性；另外，由于将发射可见光的第一光源和发射激光的第二光源合并在一起，照明时仅操作一个照明设备即可，操作简单，并且可见光和激光合二为一具有更好照明效果。

附图说明

图1为一种实施例中内窥镜摄像系统的结构示意图；

图2为一种实施例中内窥镜荧光成像照明系统的光路图；

图3为一种实施例中内窥镜荧光成像照明系统的结构示意图；

图4为一种实施例中内窥镜荧光成像照明系统的光路图；

图5为一种实施例中内窥镜荧光成像照明系统的结构示意图。

具体实施方式

其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明，需要说明的是。

如图1所示，一种实施例中提供了一种内窥镜摄像系统1000，内窥镜摄像系统1000包括内窥镜荧光成像照明系统10、导光束20、硬管内窥镜30、光学卡口40、摄像头50、主机60、显示器70及总线80。内窥镜荧光成像照明系统10、导光束20、硬管内窥镜30、光学卡口40、摄像头50、主机60及显示器70可通过总线80耦合。本领技术人员应当理解的是，图1仅是内窥镜摄像系统1000的示例，并不构成对内窥镜摄像系统1000的限定，内窥镜摄像系统1000可以包括比图1所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如内窥镜摄像系统1000还可以包括扩张器、烟雾控制装置、输入输出设备、网络接入设备等。

内窥镜荧光成像照明系统10用于向待观察部位100提供照明光源，辅助摄像头50对人体内部组织拍照。

如图2所示，在本实施例中，内窥镜荧光成像照明系统10包括可见光光源和对应于荧光试剂的激光光源。

由于内窥镜荧光成像照明系统10可向待观察部位同时提供连续的可见光和对应于荧光试剂的激光，从而提高了摄像头50对经待观察部位100反射的可见光图像信号和荧光图像信号的采集效率。具体的，内窥镜摄像系统1000还包括控制器，用于控制可见光光源和激光光源同时工作，以产生连续的可见光和对应于荧光试剂的激光，也即可见光光源开启时，激光光源也开启。

其中，采用内窥镜摄像系统1000进行成像之前，在待观察部位100中通过静脉或皮下注射方式引入造影剂，例如吲哚菁绿(Indocyanine Green；ICG)，以便对用标准可见光成像技术不容易看到的组织结构和功能(例如脉管中的血液/淋巴液/胆汁)成像。待观察部位100包括，但不局限于血液循环系统、淋巴系统和肿瘤组织。ICG俗称靛氰绿、诊断用绿针、吲哚花青绿，其是目前在我国心血管系统疾病临床诊断中常用的一种造影剂，广泛应用于脉络膜和视网膜血管成像。当待观察部位100中的造影剂吸收所述激光光源产生的对应于荧光试剂的激光后可产生荧光。

一种实施例中提供了一种内窥镜荧光成像照明系统，以硬镜荧光成像照明系统为例进行说明，本荧光成像照明系统也可应用在软镜上。

如图2和图3所示，本实施例的内窥镜荧光成像照明系统主要包括第一光源1、第二光源2、二向色镜3、第一准直镜4、第二准直镜5、扩束镜6、扩散片7和聚焦镜8。第一光源1、第一准直镜4、二向色镜3和聚焦镜8依次中心对齐安装在一条直线光路上，第二光源2、扩束镜6、扩散片7和二向色镜3依次中心对齐安装在另一条直线光路上，上述两条直线光路相互垂直，并在二向色镜3处交汇，二向色镜3与两条光路均成45°夹角。

第一光源1为可见光照明光源，例如郎伯发射体的LED光源，具有发散角广的优点，第一光源1用于发射可见光。第一光源1可分别提供不同波长范围的多个单色光，例如蓝光、绿光、红光等。在其他实施例中，第一光源1还可以提供多个单色光的组合光，或者是宽光谱的白光光源。单色光的波长范围大致为400nm至700nm。

第一准直镜4安装在第一光源1出射可见光的光路上，第一准直镜4为双凸非球透镜，用于将发散的可见光准直成平行光束。第一准直镜4的竖直孔径在0.5-0.85范围内都是可以满足使用需求。为了尽可能多的收集可见光，第一准直镜4采用大数值孔径的非球透镜，数值孔径达0.7以上。

第二光源2为对应于荧光试剂的激光照明光源，窄带激光光源，例如红外光，激光光源的波长为785nm或808nm，第二光源2用于发射激光。

扩束镜6为平凹负透镜，焦距为6mm，口径为6mm，扩束镜6安装在第二光源2出射激光的光路上，扩束镜6的平面背向第二光源2，以降低凹透镜带来的负球差，增加正球差，正球差可以快速的将中心的能量匀光到边缘孔径，起到优化激光光斑分布的作用。扩束镜6用于扩大第二光源2的散射角度。扩束镜6也可为双凹透镜，扩束镜6焦距与孔径比值小于等于1.3能够满足使用需要。

扩散片7为毛玻璃、散射片、匀光片或DOE(衍射光学元件)等，扩散片7具有折射、反射与散射的作用。扩束镜6的凹面为入射面，平面为出射面，扩散片7安装在扩束镜6的出射面(平面)上，扩散片7用于散射扩束镜6扩束后的激光，激光具有较强的相干性和模场分布特性，扩散片7将对激光进行多次折射、反射与散射，最终形成扩散效果，降低了激光的相干性，提高了激光的均匀性。扩散片7也可安装在扩束镜6的入射面上，扩散片7也可安装在第二光源2和二向色镜3之间的任意位置上，都能够降低激光的相干性。

第二准直镜5安装在扩散片7扩散后的光路上，第二准直镜5为平凸透镜，用于将扩散的激光准直成平行的光束。第二准直镜5和扩束镜6应遵循扩束镜6尽量减小负球差，第二准直镜增大正球差的原则，以增强边缘照度，提高照明均匀性。

二向色镜3倾斜安装在第一光源1出射的光路和第二光源2出射的光路的交叉处，二向色镜3也称为分色镜或分束镜，具有透视可见光和反射激光的作用。二向色镜3透视可将光，发射激光，并出射由可见光和激光合成的复合光。

聚焦镜8安装在二向色镜3出射复合光的光路上，聚焦镜8为非球面平凸透镜，聚焦镜8的平面为入射面，聚焦镜8的凹面为出射面，聚焦镜8用于聚焦复合光，聚焦镜8的后焦平面可设置导光束。为满足内窥镜手术视野要求和提高能量传输效率，聚焦镜8的数值孔径的范围为0.5-0.7为最佳使用范围，例如数值孔径为0.64，聚焦镜8的数值孔径太小会导致手术视野不够，数值孔径太大会导致光能在导光束中迅速损耗。

本实施例的内窥镜荧光成像照明系统的光路走向为：第一光源1发射可见光照射到第一准直镜4上，第一准直镜4将可见光准直后照射到二向色镜3上，同时，第二光源2发射激光照射到扩束镜6，扩束镜6对激光扩束后照射到扩散片7上，扩散片7将激光散射后照射到第二准直镜5上，第二准直镜5将激光准直后照射到二向色镜3上；二向色镜3透射可见光和反射激光，透射后的可见光和反射后的激光会成为复合光照射到聚焦镜8上，聚焦镜8将复合光汇聚后用于照明。

本实施例的内窥镜荧光成像照明系统，由于在扩束镜6的出射面安装有扩散片7，扩散片7具有扩散激光的作用，扩散片7能够降低激光的相干性，使得激光光斑分布均匀，从而提高了激光路照明的均匀性。另外，由于将发射可见光的第一光源1和发射激光的第二光源2合并在一起，照明时仅操作一个照明设备即可，操作简单，并且可见光和激光合二为一具有更好照明效果。

如图4和图5所示，一种实施例中提供了一种内窥镜荧光成像照明系统，在上述实施例的基础上增加了匀光棒9，匀光棒9为玻璃棒或光纤棒具有入射端和出射端，匀光棒9安装在聚焦镜8出射光的光路上，并且匀光棒9的入射端位于聚焦镜8的后焦平面上。

现有技术中，导光束10的入射端位于聚焦镜8的后焦平面上，聚焦镜8的后焦平面上可将光和激光能量集中，存在烧毁导光束10的风险。本实施例中，在聚焦镜8的后焦平面处安装匀光棒9，匀光棒9的出射端与导光束10的入射端连接，匀光棒9均化复合光，并将均化后的复合光导入到导光束10内，匀光棒9降低了复合光的光功率密度，从而保护了导光束10。

如图4和图5所示，一种实施例中提供了一种内窥镜荧光成像照明系统，本内窥镜荧光成像照明系统还包括导光束10，导光束10的入射端通过固定或可拆卸的方式与匀光棒9的出射端连接。本内窥镜荧光成像照明系统与上述内窥镜荧光成像照明系统的区别在于，本内窥镜荧光成像照明系统自带有导光束10。

一种实施例中提供了一种内窥镜荧光成像照明系统，本内窥镜荧光成像照明系统与上述内窥镜荧光成像照明系统的区别在于，将扩束镜6的出射面(平面)加工成具有扩散功能的磨砂面，扩束镜6具有扩束和扩散的双重功能，本实施例的内窥镜荧光成像照明系统同样可起到提高照明均匀性的作用，并且取消扩散片7的设置。

在其他实施例中，扩束镜6的入射面、第二准直镜5的入射面或出射面也可加工成磨砂面，以实现扩散功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (14)

1.一种内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，包括：

第一光源，所述第一光源用于发射可见光；

第二光源，所述第二光源用于发射激光，所述第二光源的出射光路与所述第一光源的出射光路相互交叉；

二向色镜，所述二向色镜安装在所述第一光源的出射光路和第二光源的出射光路的交叉处，所述二向色镜用于透射可见光和反射激光，所述二向色镜透射出的可见光和反射出的激光合成为复合光；

第一准直镜，所述第一准直镜安装在所述第一光源和二向色镜之间的光路上，所述第一准直镜用于准直可见光；

第二准直镜，所述第二准直镜安装在所述第二光源和二向色镜之间的光路上，所述第二准直镜用于准直激光；

扩束镜，所述扩束镜安装在所述第二光源和第二准直镜之间的光路上，所述扩束镜用于扩散激光；

扩散片，所述扩散片安装在所述第二光源和二向色镜之间的光路上，所述扩散片用于散射激光；

以及聚焦镜，所述聚焦镜安装在所述二向色镜出射复合光的光路上，所述聚焦镜用于汇聚复合光。

2.如权利要求1所述的内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，还包括匀光棒，所述匀光棒安装在所述聚焦镜出射复合光的光路上，并且所述匀光棒的入射端位于所述聚焦镜的后焦平面上，所述匀光棒用于均化复合光。

3.如权利要求2所述的内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，还包括导光束，所述导光束的入射端与所述匀光棒的出射端连接。

4.如权利要求1至3中任一项所述的内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，所述扩散片安装在所述扩束镜的入射面或出射面上。

5.如权利要求1至3中任一项所述的内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，所述扩散片为毛玻璃、散射片或匀光片。

6.如权利要求1至3中任一项所述的内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，所述第一准直镜为双凸非球透镜。

7.如权利要求6所述的内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，所述第一准直镜的数值孔径的范围为0.5-0.85。

8.如权利要求1至3中任一项所述的内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，所述第二准直镜为平凸透镜。

9.如权利要求1至3中任一项所述的内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，所述聚焦镜为非球面平凸透镜。

10.如权利要求9所述的内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，所述聚焦镜的数值孔径的范围为0.5-0.7。

11.如权利要求1至3中任一项所述的内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，所述扩束镜为平凹负透镜。

12.如权利要求11所述的内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，所述扩束镜的焦距与孔径比例小于等于1.3。

13.如权利要求1至3中任一项所述的内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，所述第一光源为LED光源，所述第二光源为785nm或808nm波长的激光光源。

14.一种内窥镜荧光成像照明系统，其特征在于，包括：

第一光源，所述第一光源用于发射可见光；

第二光源，所述第二光源用于发射激光，所述第二光源的出射光路与所述第一光源的出射光路相互交叉；

二向色镜，所述二向色镜安装在所述第一光源的出射光路和第二光源的出射光路的交叉处，所述二向色镜用于透射可见光和反射激光，所述二向色镜透射出的可见光和反射出的激光合成为复合光；

第一准直镜，所述第一准直镜安装在所述第一光源和二向色镜之间的光路上，所述第一准直镜用于准直可见光；

第二准直镜，所述第二准直镜安装在所述第二光源和二向色镜之间的光路上，所述第二准直镜用于准直激光；

扩束镜，所述扩束镜安装在所述第二光源和第二准直镜之间的光路上，所述扩束镜用于扩散激光；所述扩束镜的入射面或出射面为散射面，或者所述第二准直镜的入射面或出射面为散射面；

以及聚焦镜，所述聚焦镜安装在所述二向色镜出射复合光的光路上，所述聚焦镜用于汇聚复合光。

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